Искусственный интеллект помог раскрыть структуру нового светового сенсора нематоды

Крошечный червь Caenorhabditis elegans избегает солнечного света, так как ультрафиолет и синий свет могут повредить его клетки, вызвав мутации ДНК или образование активных форм кислорода, например, перекиси водорода (H2O2). Лабораторные наблюдения показывают, что червь рефлекторно отползает от луча света, хотя у него нет глаз.

За светочувствительность отвечает белок LITE-1 в сенсорных нейронах. Международная группа учёных под руководством Александра Готтшалка (Университет Гёте, Франкфурт), Герхарда Хаммера (Институт биофизики Макса Планка) и Сони Хэнсон (Институт Флэтайрон) использовала искусственный интеллект AlphaFold2-Multimer, чтобы предсказать структуру этого белка.

Результаты исследования:

  • LITE-1 — это белок-канал в клеточной мембране, образующий пору для прохода ионов.
  • Предсказанная ИИ структура оказалась правдоподобной и была проверена в генетических экспериментах на живых нематодах.
  • Замена аминокислот, формирующих канал, приводила к полной потере функции LITE-1.
  • Обнаружены участки, где белок может взаимодействовать с H2O2, и центральная аминокислота, ответственная за поглощение энергии УФ-света.

Предлагаемая модель работы:

Сеть аминокислот в LITE-1 действует как антенна, улавливая энергию УФ-фотонов и передавая её в центральную полость белка. Эта полость может служить связывающим карманом для хромофора — молекулы, поглощающей фотоны. Предполагается, что этот пока неизвестный хромофор также стимулируется напрямую синим светом. Вся поглощённая энергия приводит к открытию ионного канала, запуская биохимический сигнал и рефлекс отползания.

Дополнительная активация перекисью водорода (H2O2), образующейся при ярком свете, гарантирует, что рефлекс срабатывает только на интенсивный, повреждающий ткани свет (например, прямой солнечный), но не на слабый.

Значение открытия:

  • LITE-1 представляет собой очень простую форму световосприятия, возможно, произошедшую от обонятельного рецептора насекомых.
  • Этот белок и подобные ему могут стать новыми инструментами для оптогенетики, расширив её возможности в УФ-диапазоне.
  • Методология с использованием ИИ, как отмечает Соня Хэнсон, позволяет понять принцип работы белка без трудоёмкой биохимической работы.